HC 1 - Vytvoření nástrojů pro simulaci systému atmosféra-hydrosféra umožňující podrobné simulování chování tohoto systému v měřítku České republiky

Adaptace aktuální verze předpovědního modelu ALADIN na ALADIN-CLIMATE, jeho provoz a příprava vstup pro další řešitele a návazný výzkum. Budou probíhat výpočty povrchové vodní bilance v krátkodobém a dlouhodobém výhledu. Přechodem k distribuovanému modelu hydrologické bilance se dosáhne lepší vzájemné kompatibility s novým modelem SoilClim_2, a dále snazší adaptace k asimilaci dat dálkového průzkumu. Pro podzemní vodu je rozhodující nalezení vztahu srážka/dotace (infiltrace nebo tvorba přírodních zdrojů)/stav hladin podzemních vod (kolísání hladin podzemních vod)/základní odtok, který bude použit pro hodnocení zásob podzemní vody a pro predikci vlivu změny klimatu na tyto zásoby. Pro potřeby vodoprávních úřadů bude sestavena aktualizovaná mapa základního odtoku.

DC 1.1 - Adaptace numerického předpovědního modelu na klimatický model rozlišující konvekci v regionu střední Evropy se zaměřením na území České republiky a jeho validace

Tým je nyní hlavně zaměřen na řešení technických úkolů. Nejrozsáhlejším je instalace modelu ALADIN a technická validace všech jeho potřebných konfigurací na superpočítači NEC-SX Aurora Tsubasa. Konfiguracemi modelu se myslí jak vlastní integrační úloha, tak příprava vstupních dat a zpracování výstupů pro následnou verifikaci výsledků. Aurora je novou HPC technologií, která kombinuje klasickou x86 architekturu s vektorovými kartami. Tyto vektorové karty využije zejména model, zatímco drobnější úlohy se budou počítat na procesorech x86. Technické podrobnosti např. zde. Kromě softwaru modelu je na Auroru instalována celá řada dalších podpůrných nástrojů a skriptů. Toto je především úkol týmu ČHMÚ, podrobný popis např. v rozhovoru s Radmilou Brožkovu .

Na něj navazují ve spolupráci ČHMÚ, ÚFA a MFF UK další potřebné kroky, které je nutno udělat ještě před zahájením intenzivních výpočtů. Patří sem výběr prvků, které se budou verifikovat, a jejich zařazení do výstupů z modelu. Dále dohoda na tom, v jaké geometrii a rastru budou výsledky modelu předávány partnerům, včetně vhodného technického formátu. Neméně důležitý bude výběr datových sad, které jsou vhodné pro území střední Evropy a ČR. Při tomto výběru je třeba zohlednit vysoké rozlišení modelu ALADIN. Jako výchozí základ budou sloužit materiály iniciativy CORDEX programu WCRP.

DC 1.3 - Hodnocení stavu a vývoje přírodních zdrojů podzemních vod pomocí měřených hladin podzemní vody v kombinaci s podzemním (základním) odtokem

Řešitelský tým připravuje datové sady stavu a vydatnosti podzemních vod za rok 2020, společně s kolísáním hladin podzemní vody a vydatnosti pramenů. V pěti prioritních oblastech budou zpracovány Hydraulické modely:

1. Křída pravostranných přítoků Labe (HGR 4521,4522 a 4523)
2. Vysokomýtská a Ústecká synklinála (HGR 4231, 4232 a 4270)
3. Jihočeské křídové pánve (HGR 2151,2152,2140 a 2160)
4. Terciér karpatské předhlubně (HGR 2241)
5. Křída Dolní Kamenice a Křinice (HGR 4660)

Bude proveden výběr charakteristických vrtů pro jednotlivé HGR , hladiny podzemní vody budou hodnoceny prostřednictvím metody WTF „Water table fluctuation“.

Výsledky budou použity mimo jiné i pro náplň DC 5.3 „Nástroj metodického řízení pro vodoprávní úřady při povolování studní“, jehož součástí bude aktualizovaná mapa základního odtoku celé ČR na základě všech dostupných dat a vztah základní odtok/kolísání hladin podzemní vody bude testován na vybraných modelových lokalitách v rámci DC 1.4.

HC 2 - Zpřesnění scénářů změny klimatu pro území České republiky

Scénáře změny klimatu do roku 2100 budou obsahovat nejen záhladní klimatické a agroklimatické charakteristiky, ale i popis hydrologického cyklu a změn půdního klimatu.

DC 2.1 - Úplné a podrobné scénáře změny klimatu do roku 2100, tj. průběhu, změn a trendů klimatických prvků a z nich odvozených prvků hydrologického cyklu (včetně doplňování a stavu podzemních vod). Včetně ověření na pozorovaných datech

Přípravu datových zdrojů pro validaci modelu ALADIN-CLIMATE/CZ je nutné sjednotit s přípravou obdobných dat potřebných pro jiné projekty (např. Centrum voda) nebo návazné aktivity v rámci projektu PERUN. Následné interpolace za období 1961-2020 v kroku 500x500 metrů budou probíhat zvlášť pro vybranou sadu stanic (úplné, doplněné, homogenizované stanice) a zvlášť pro všechny dostupné stanice v daném čase.

Práce směřují k přípravě scénářů pro průměrnou, maximální a minimální teplotu vzduchu, srážky, vlhkost vzduchu, rychlost větru a sluneční záření. Po provedených korekcích v gridových bodech budou připraveny klimatické indexy (např. studená a teplá období, dny a noci, mrazové dny, ledové dny, tropické dny, letní dny, tropické noci, dny s definovanými úhrny srážek, vlhká a suchá období, apod.) a charakteristiky evapotranspirace.

Systém pro tvorbu sezónních předpovědí klimatických podmínek a sucha pro území České republiky v kontextu střední Evropy (HC 3)

Příprava a testování prostředků pro sezónní předpovědi klimatických podmínek se zaměřením na sucho jsou velkou výzvou celého projektu. Budeme analyzovat možnost využití stávajících systémů sezonních předpovědí, porovnávat jejich výstupy s výsledky měření na území ČR a testovat přínos statistického post-processingu výstupů ke zvýšení úspěšnosti předpovědí. Analogicky budou analyzovány i výstupy modelů, downscalované pomocí ALADIN-CLIMATE s cílem predikovat základní charakteristiky na období 1-6 měsíců a na 7-12 měsíců a testování předpověditelnosti sucha v podmínkách ČR s předstihem v řádu měsíců.

HC 4 - Komplexní vyhodnocení rizik v kontextu variability a změny klimatu

Vyhodnocení rizik souvisejících s aktuální změnou klimatu, včetně odhadů vývoje těchto rizik do konce století s cílem definovat hydrometeorologické jevy, které představují samostatně nebo v spolupůsobení riziko pro společnost. Podrobněji budou zpracované extrémní srážky s ohledem na mechanizmus jejich vzniku. Součástí jsou i scénáře vývoje bioklimatu ČR v závislosti na předpokládaném vývoji klimatu s využitím souhrnné bioklimatologie ČR v období od roku 1961, stanovení trendů bioklimatologických charakteristik s důrazem na tepelný komfort/diskomfort člověka za období 1961-2020.

DC 4.1 - Kvantitativní odhad rizik hydrometeorologických jevů a jejich očekávaných změn v průběhu 21. století

V rámci prvního roku řešení budou vybrány relevantní klimatické indexy, které jsou vhodné pro odhad rizik hydrometeorologických jevů. Jak na měřených datech, tak na datech, která jsou výstupem vybraných modelů EURO-CORDEX, budou napočteny klimatické indexy a vyhodnocena plošná extremita extrémních meteorologických událostí.

Na zkušebním výstupu modelu ALADIN-CLIMATE pro 1 měsíc roku 2020 a naměřených radarových datech bude testována metodika rozlišení typu srážkových událostí.

DC 4.4 - Biometeorologické aspekty změny klimatu

Hlavními úkoly pro řešitele DC 4.4 bude nejprve bioklimatologické zmapování území ČR, které dosud nebylo uceleně zpracováno. Orientováno bude zejména na humánní bioklimatologii, proto počítáme s tím, že kromě klasických klimatologických charakteristik (teplota vzduchu, vlhkost vzduchu, vítr, sluneční záření apod.) bude zpracována i klimatologie speciálních bioklimatologických faktorů, zaměřenými zejména na tepelný komfort/diskomfort člověka – zde počítáme zejména s využitím Universal Thermal Climate Index (UTCI).

V dalších krocích budeme navazovat na další DC (hlavně DC 1.1 a 2.1) a budeme se zabývat bioklimatologickou interpretací očekávaných klimatických změn v prostoru střední Evropy a ČR, včetně zvýšení rozlišení pro studium vlivu městského prostředí. Soustředíme se i na vliv změn na chov hospodářských zvířat. V obou případech počítáme s doporučeními v oblasti adaptace na očekávané změny klimatu s cílem zmírnění jejích dopadů.

V roce 2021 jsou plánovány přípravné práce pro samotné plnění úkolů DC. V praxi to znamená volbu vhodných parametrů pro bioklimatologickou studii ČR za poslední dvě normálová období (1961-1990, 1991-2020) a testy jejich použitelnosti, volbu rozlišení, přípravu dat včetně jejich konverze do jednotných formátů.

HC 5 - Zpřesnění a doplnění systému operativního řízení během suché epizody

Výstupem analýz souvisejících s nástupem a průběhem suchých epizod bude hodnocení a případně návrhy změn operativního řízení. Bude zdokonalen monitoring suchých epizod a připraveny podklady pro varování.

DC 5.1 - Syntéza dostupných dat a doplnění chybějících dat nutných pro vznik Plánu pro zvládání sucha a stavu nedostatku vody pro území České republiky

Po konzultaci s odborem ochrany vod MŽP a v návaznosti na proběhlá jednání o aktualizaci metodiky pro přípravu Plánů pro sucho v rámci DC 5.2, jsou zpracovávány sady hydro-klimatických dat pro krajské úřady a zpracovatele plánů s využitím zejména pro Základní část plánu. Analyzovány budou klimatické, hydrologické a hydrogeologické poměry, dopady sucha na množství povrchové a podzemní vody a vyhodnocení nejvýraznějších suchých epizod 1991–1993, 2003, 2015–2019.

V letošním roce budou zpracovány níže uvedené veličiny v měsíčním kroku a v prostorovém rozlišení krajů a ORP. Po schválení struktury dat ze strany vodoprávních úřadů je možné v rámci kompatibility např. se systémem HAMR přistoupit k řešení v týdenním kroku. Za srovnávací období 1981–2020 jsou připravovány statistické charakteristiky (průměr, min, max, decily) a časové řady standardizovaných odchylek od normálu (podle indexu typu SPI) pro srážky, teplotu vzduchu, průtok měřený a přirozený, ovlivnění odtoku užíváním vody, stav hladiny podzemní vody ve vrtech a vydatnost pramenů. V návaznosti na data projektu Intersucho budou ve stejných formátech zpracovány charakteristiky aktuální evapotranspirace a vláhové potřeby rostlin.

DC 5.2 - Zajištění metodického řízení orgánů pro sucho při zpracování plánů pro zvládání sucha a stavu nedostatku vody a při zabezpečení operativního řízení

Zvládání sucha a nedostatku vody bude od letošního roku podpořeno novou hlavou X vodního zákona (takzvanou suchou hlavou). Novela vodního zákona, která nabyla účinnosti 1. 2. 2021, zavádí povinnost zpracovat plány pro zvládání sucha a stavu nedostatku vody pro území ČR (do 36 měsíců) a pro kraje (do 24 měsíců). Ve spolupráci s MŽP, MZe a krajskými úřady je v rámci DC 5.2 tvořena metodika pro tyto “suché plány” a datová základna potřebná pro zpracování plánů.

V polovině roku 2021 bude pro kraje již k dispozici metodika pro zpracování plánů. Její aktualizace bude probíhat dvakrát ročně, vždy v dubnu a říjnu. Datový sklad bude obsahovat klimatická, hydrologická a vodohospodářská data v návaznosti na DC 5.1; GIS vrstvy prvků vodohospodářské infrastruktury včetně záložních zdrojů vody, míst odběrů a vypouštění vody, vodních toků, nádrží, vodoměrných stanic apod.

Stěžejní částí plánů bude seznam uživatelů a odběratelů vody, jejichž významnost bude ohodnocena podle § 87b, odst. 4 (tj. 1. kritická infrastruktura, 2. obyvatelstvo, 3. zajištění potřeb zvířat a ekologické funkce vody, 4. další hospodářské využití, 5. rekreace a sport). V případě nedostatku vody budou uživatelé a odběratelé vyzýváni k využití technologií omezujících spotřebu vody a jejich odběry mohou být postupně omezovány až zakázány pomocí opatření obecné povahy nebo pomocí rozhodnutí v případě jmenovitě určené osoby.

DC 5.4 - Zdokonalení systému monitoringu sucha včetně varovného systému

Základním očekávaným výsledkem je inovovaný výstražný systém ČHMÚ, který bude zahrnovat sucho jako významný fenomén. Zohledněny budou různé typy a projevy sucha, a to zejména s ohledem na naplnění požadavků novely vodního zákona (544/20020 Sb.). Novela vodního zákona zavádí zvládání sucha a předpovědní službu na sucho. ČHMÚ bude informovat kraje o nebezpečí vzniku sucha jednoznačným a nezatěžujícím způsobem a umožní efektivní rozhodování o opatřeních. Z hlediska prezentace běžným uživatelům musí být tento typ informace, z důvodu přehlednosti, přičleněn ke stávajícím jevům, což však může být komplikované specifickou povahou jevu (dlouhodobé trvání, malá dynamika, okamžitá nebezpečnost působení jevu de facto nulová). Řešení by ale zároveň mělo být součástí systému HAMR.

Provedena bude rešerše a porovnání monitoringu sucha a výstražných systémů v zahraničí a na mezinárodní úrovni, a to zejména s ohledem na vývoj Global Drought Indicator (WMO). V rámci zdokonalení systému monitoringu sucha a jeho projevů budou nadefinovány možné nové produkty monitoringu sucha (např. indexy půdního a hydrologického sucha), které budou vyhovovat podmínkám ČR a potřebám jejich použití. Dalším cílem je upravit, či přenastavit monitoring, aby obsahoval širší postižení dopadů sucha na vegetaci (zemědělství i lesnictví) na základě hodnocení satelitních dat a fenologických pozorování. Terénní monitoring suchých period v povodích ohrožených suchem bude probíhat i mimo profily ČHMÚ (PřF UK).

HC 6 - Zpřesnění informací o hydrologickém režimu

Je nutné sledovat změny charakteristik hydrologického režimu. Budou připraveny regionální odhady návrhových srážek pro různé délky trvání deště (10min až 3denní), odvozeny regionální IDF křivky a odhady změn návrhových srážek s ohledem na změny klimatu. V oblasti povrchových vod budou zkoumány změny v režimu zejména minimálních průtoků, kdy povrchové toky jsou napájeny výhradně ze zdrojů podzemních vod. Dále bude posuzován vývoj délky trvání hydrologického sucha a hodnot příslušných minimálních průměrných průtoků daného trvání (7 dnů, 30 dnů). Výstupy z klimatických modelů umožní posoudit pravděpodobné změny velikosti minimálních průtoků v budoucnu. Bude hodnocen výběr adaptačních opatření v nezastavěné krajině a to se zaměřením na projevy sucha a extrémních srážko-odtokových událostí. V návaznosti na zpřesněné klimatické a srážkové scénáře bude prostřednictvím matematického modelování vzorových oblastí hodnocen vliv těchto opatření na hydrologický režim dotčené složky krajiny s přihlédnutím k dalším proměnným modelů. Vyhodnocená efektivita opatření bude využita pro rajonizaci území ČR z hlediska vhodnosti vybraných opatření.

DC 6.1 - Standardizace návrhových hodnot srážek (regionální časové řady srážek, aktualizované tabulky a čáry náhradních vydatností) se zahrnutím možného vlivu změny klimatu

• Regionální odhady návrhových srážek pro různé délky trvání deště (10min až 3denní), odvození tzv. IDF křivek (Intensity, Duration, Frequency) a odhad jejich změny s ohledem na změny klimatu.
• Odvození vztahů mezi návrhovou plošnou srážkou a velikostí uvažované plochy na povodích 1. až 4. řádu pro potřeby hydrologické praxe (předpokládá se využití dat z meteorologického radaru).

DC 6.2 - Dosavadní a očekávaná změna zdrojů povrchových vod a zásob podzemních vod v kontextu změny klimatu a sucha

• Simulace změn zásob podzemní vody v závislosti na změně klimatu a predikce vlivu distribuce srážek na infiltraci, stav hladin podzemních vod a změnu základního odtoku.
• Porovnání hodnot M-denních průtoků a minimálních průtoků za různá referenční období a jejich predikce dle klimatických scénářů.
• Validace údajů o zásobách sněhu na území ČR, zhodnocení trendů a predikce vývoje zásob vody ve sněhu s ohledem na klimatické scénáře.
• Modelování změn zásob povrchových vod pomocí hydrologické bilance na základě verifikovaných údajů o srážkách, evapotranspiraci a odtoku.

DC 6.3 - Modelové posouzení dopadů adaptačních opatření v krajině na vodní režim v návaznosti na dílčí cíl 2.1 a volba rajonizace území z pohledu vhodnosti typů adaptačních opatření

(začátek řešení až v roce 2022)

• Modelové hodnocení efektivity omezeného souboru adaptačních opatření na vodní režim v nezastavěné krajině.
• Odhad nejistoty dopadu posuzovaných opatření s ohledem na variabilitu a nejistotu vstupních dat.

DC 6.4 - Změny vodního režimu a hydrologických extrémů - vliv změny klimatu a dalších antropogenních změn

• Zhodnocení dopadů změn klimatu a využití krajiny na časovou a prostorovou dynamiku změn v režimu odtoku a výskytu hydrologických extrémů v různých měřítkových úrovních.
• Ověření údajů z experimentálních povodí v rámci celé ČR a jejich použitelnosti pro hodnocení hydrologického režimu v lokálním měřítku.

HC 7 - Zpřesnění informací o hydrologickém režimu

Budeme hodnotit a analyzovat dopady změny klimatu na krajinu. K dispozici bude detailní analýza řešící dopady změn půdně klimatických podmínek a fenologického vývoje na ekosystémy v období 1961-2020 a v budoucích podmínkách simulovaných klimatickými modely. U neřízených ekosystémů půjde především o posun vegetačních stupňů a změn fenofází vybraných rostlin a škůdců. U řízených ekosystémů půjde o posun rajonizace produkčních oblastí, dopadů na výnosy a kvalitu vybraných plodin a změn fenofází. Zjištění a popis dopadů hydrologických extrémů, zvláště pak hydrologického sucha, na změny kvality povrchových vod ve vybraných parametrech znečištění. Do výzkumu budou zahrnuty základní fyzikálně-chemické parametry i vybrané mikropolutanty. Budeme se věnovat změnám klimatické variability a jejího vlivu na krajinu, budou připraveny modely umožňující odhadovat míru ohrožení produkčních služeb krajiny. Rajonizace míry ohrožení bude připravena na základě podrobných analýz vybraných charakteristik a jejich předpokládaných změn. Připravíme variantní kvantifikaci emisí a propadů CO² na zemědělské a lesní půdě v ČR podle definovaných scénářů vývoje (projekcí) produkčních podmínek (změny v regionalizaci a využívání obhospodařovaného území) a implementace adaptačního managementu, v případě lesních ekosystémů včetně variant očekávaného režimu disturbancí. Změny v rámci klimatických podmínek zvýrazňují nutnou implementaci adaptačních opatření pro udržitelnost klíčových ekosystémových služeb kulturní krajiny na nejvyšší možné úrovni a to jak z hlediska produkčního, tak mimoprodukčního.

DC 7.2 - Změny dílčích parametrů kvality povrchových vod v kontextu změny klimatu

Jednou z problematik řešení projektu PERUN je rovněž výzkum změn dílčích parametrů kvality povrchové vody v závislosti na hydrologických podmínkách. Cílem ochrany vod v kontextu změny klimatu je totiž nejen zajištění jejího dostatečného množství pro vodní ekosystémy a užívání vod člověkem, ale také její vyhovující kvalita.

Výzkum Přírodovědecké fakulty UK zahrnuje jak přírodní oblasti, tak antropogenně ovlivněná povodí ve vhodně zvolených oblastech ČR. V pramenných oblastech je zaměřen na studium dynamiky změn koncentrací vybraných kationtů, aniontů a organických látek (DOC, huminové látky) ve vazbě na změny odtoku a hydroklimatickou prekondici povodí V experimentálních povodích Krušných hor a Šumavy jsou zkoumány jednak dlouhodobé změny teploty vody a koncentrací látek na základě dostupných dat monitoringu, důraz je však kladen na hydrologické extrémy a odezvu koncentrace látek na extremitu odtoku, popř. návaznost na další proměnné: krajinný pokryv, zapojení mokřadů a převládající zdroj vodnosti (dešťové srážky, tání sněhu). Cílem výzkumu v zemědělských povodích je vyhodnocení změn kvality vody ve vazbě na srážko-odtokový režim a hydrologické extrémy. Pro řešení byly vybrány toky: Šlapanka (levostranný přítok Sázavy), Mastník (přítok do VN Orlík) a Rakovnický potok (levostranný přítok řeky Berounky).

Výzkum prováděný Českým hydrometeorologickým ústavem se letos zaměří na tzv. pasivní monitoring ve 43 převáženě závěrových profilech vybraných vodních toků zahrnující osazení membrán pro záchyt polárních organických látek (pesticidů, farmak), které znečištění kontinuálně sorbují po dobu tří týdnů. Pozornost je průběžně věnována získávání informací o nových metabolitech těchto látek, na něž bude monitoring zacílen.

HC 8 - Vývoj a aktualizace podkladů pro aktualizaci strategických dokumentů v oblasti adaptace na změnu klimatu (HC 8)

Aktualizace Národního akčního plánu adaptace na změnu klimatu a národní adaptační strategie je průběžný proces, který však vždy vychází z nejaktuálnějších výstupů vědeckých analýz změny klimatu, jejích projevů, dopadů a rizik ohrožujících přírodní i společenské procesy. Připravíme syntézu výstupů celého výzkumného centra tak, aby bylo možné aktualizovat dotčené strategické dokumenty na úrovni resortů i Vlády ČR.

DC 8.2 - Zpracování podkladových materiálů pro aktualizaci Národního akčního plánu adaptace na změnu klimatu a národní adaptační strategie

Zahájili jsme diskuse o aktualizaci a případně doplnění Komplexní studie dopadů, zranitelnosti a zdrojů rizik souvisejících se změnou klimatu v ČR v souladu s národní adaptační strategií. Studie je připravena podle sektorové logiky, ale již v průběhu přípravy její aktualizace v roce 2019 jsme uvažovali o logice dopadové, kterou budeme v tomto roce posuzovat.